ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эксперименты по влиянию положения зоны горения на процесс колебаний из "Вибрационное горение" Целый ряд результатов, найденных в настоящей главе, подтверждается многочисленными экспериментами. Особенно поучительны в этом смысле опыты, связанные с изучением влияния положения зоны горения по длине трубы на процесс возбуждения акустических колебаний. Некоторые из полученных при этом выводов могут иметь не только теоретическое, но и практическое значение. [c.229] Здесь Ь и — обш,ая длина и длина горячей части течения, 1 — скорость звука в холодной части течения, й — частота колебаний в герцах. и — частота колебании на границе устойчивости и соответствуюш,ая длина горячей части течения. [c.230] Полученная формула исключительно проста и не содержит величин, характеризующих детали процесса горения, численная оценка которых затруднительна. Все они заключены в экспериментально определяемых значениях и Ь2 . Остальные величины (И), а , Ь, и Й) также измеряются совершенно просто. [c.230] На рис. 50 области неустойчивости построены также путем использования формул (29.1), но на этот раз только со знаком плюс. Для того чтобы компенсировать потерю половины границ устойчивости при таком расчете, в учет принималась не одна исходная точка А, а две (А и В), принадлежащие границам устойчивости противоположных типов. В остальном построение диаграмм па рис. 50 ничем не отличалось от построения, описанного выше. [c.233] Сравнение теоретически найденных областей неустойчивости с наблюдавшимися экспериментально надо признать весьма удовлетворительным, особенно для тех областей, которые приведены на рис. 50. Единственным исключением являются точки, соответствующие Ь , близким к нулю (т. е. положениям фронта пламени в непосредственной близости от закрытого конца трубы). Это связано с особенностями механизма самовозбуждения и будет объяснено в 49. [c.233] Если сравнить между собою характер совпадения экспериментальных данных с теоретическими областями неустойчивости на рис. 49 и рис. 50, можно сделать следующий вывод. Лучшее совпадение теории с экспериментом на рис. 50 связано с тем, что серия границ одного типа получена путем использования точки А, а серия границ противоположного типа путем использования точки В, в то время как на рис. 49 обе серии границ найдены с помощью точки А. Физически это означает, что характеры возмущенного процесса горения в момент наступления неустойчивости и в момент ее исчезновения не вполне одинаковы. Если бы они совпадали, то зоны неустойчивости распределялись бы, как показано на рис. 49, сплошными линиями. Причина этого различия станет понятной в 49. [c.233] В зоне горения, в момент наступления (или исчезновения) неустойчивости. Здесь эти расчеты не приводятся, поскольку они не имеют непосредственного отношения к содержанию настояш,его параграфа. [c.235] Экспериментальная установка представляла собою открытую с двух концов трубу длиною в 4,57 м с диаметром в 100 мм. Эта труба свободно обдувалась подогретым потоком бензо-воздушной смеси, которая непрерывно готовилась в специальном ресивере, отделенном от входного сечения трубы свободным промен утком. Это было сделано для того, чтобы получить четкие краевые условия на обоих концах трубы как входное, так и выходное ее сечения сообщались с окружающим пространством. Специально произведенными замерами было показано, что акустические колебания в трубе не передавались в ресивер, т. е. разрыв между выходным соплом, которым кончался ресивер, и входом в трубу был достаточно велик. Горение в трубе происходило за группой из нескольких стабилизаторов пламени (выполненных в виде конусов), расположенных в одной и то11 же плоскости, нормальной к оси трубы. Суммарная площадь проекций стабилизаторов на эту плоскость была мала по сравнению с площадью сечения трубы, т. е. стабилизаторы не загромождали сечения, и акустические волны свободно проходили его, не испытывая заметных отражений от корпусов стабилизаторов. [c.235] Вернемся к диаграмме на рис. 51 и рассмотрим ее с несколько иной точки зрения. Наряду с хорошим, для такого сложного явления, совпадением теоретических и экспериментально полученных областей неустойчивости, нетрудно заметить некоторое систематическое смеш е-ние их друг относительно друга. Это говорит о том, что свойства зоны теплонодвода не вполне совпадают с теми, которые были постулированы в начале предыдущего параграфа. По-видимому, в рассматриваемом случае свойства зоны 2 в некоторой степени зависят от частоты колебаний, поскольку расхождение между теоретическими областями неустойчивости и экспериментальными точками систематически связано с изменением частоты колебаний. Этот результат надо признать естественным. В гл. VII будет показано, что при сжигании заранее подготовленной смеси за плохо обтекаемыми стабилизаторами пламени механизм возбуждения и поддержания колебаний существенным образом связан с процессом срьгеа вихрей со стабилизаторов. Из гидромеханики известно, что этот процесс может подстраиваться к частоте колебания скорости газа, обтекающего стабилизатор. Однако трудно предположить, что на этот процесс не окажут влияния другие свойства вихреобразования. [c.237] Можно было бы тем же методом, на который было указано несколько выше, найти в этих опытах изменение 7ц и ир по мере изменения частот колебаний, и получить таким образом более глубокое представление о свойствах зоны теплоподвода. Однако такой анализ не входит в задачи иастояш,его параграфа. [c.238] Если анализ процесса скачкообразного изменения частот колебаний при изменении длины горячей части трубы (и неизменной длине трубы в целом) представляет скорее физический интерес, то реальный практический интерес имеет родственное явление, которое внешне проявляется в известном смысле противоположным образом. Речь идет о свойстве колебательной системы стремиться к сохранению постоянного значения размерной частоты колебаний при неизменной длине горячей части и значительном увеличении общей длины трубы. [c.240] Пусть длина горячей части трубы остается постоянной, а общая ее длина Ь непрерывно увеличивается. При этом относительная длина горячей части Ь Ь будет уменьшаться, т. е. если вернуться к предыдущим диаграммам, движение будет идти не справа налево, а слева направо. Следовательно, та точка, которая соответствовала исчезновению неустойчивости, будет теперь соответствовать ее возникновению и наоборот. [c.240] Положим в этих формулах A = onst, т. е. будем pa Aia-тривать родственные точки (например, все левые или все правые концы отрезков на рис. 51). [c.240] Если обратиться теперь к первой формуле (29.4), то сразу видно, что это стремление колебательной системы может быть удовлетворено лишь за счет К, т. е. за счет перехода к возбуждению более высоких гармоник по мере увеличения общей длины трубы Ь. [c.241] По мере увеличения общей длины трубы L частота колебаний в начале начинает снижаться, например, для области неустойчивости, соответствующей K=i, со 110 герц до 61 герц, что вполне соответствует ожидаемому поведению системы, так как увеличение L увеличивает время пробега звукового импульса вдоль трубы. [c.242] Описанное явление наблюдалось в специальном эксперименте. Свободно обдуваемая воздушным потоком труба имела телескопическое устройство, которое позволяло непрерывно наращивать длину входного участка, не изменяя режима обдува входного сечения. В концевой части трубы располагалась зона горения. После возбуждения вибрационного горения производилось медленное увеличение длины холодной части трубы и велось непрерывное наблюдение за изменением частот колебаний. Частоты колебаний первоначально имели тенденцию к снижению, но затем скачкооб1)азно повышались до исходного значения. [c.242] И здесь же построена эпюра амплитуд колебаний давления в ней. Предположим, что возбужденная частота И связанные с ней эпюры колебаний Ьр я 6и реализуют такие условия в зоне горения, которые в наибольшей мере способствуют возбуждению системы. Тогда, по мере увеличения обш,ей длины трубы, сохранение процессов в зоне горения неизменными (в частности, сохранение и конфигураций эпюр амплитуд колебаний Ьр и Ьи) возможно только путем сохранения размерной частоты колебаний (на чертеже — расстояний между узлами на эпюре), т. е. перехода к более высоким гармоникам. В нижней части рис, 55 приведена соответствующая схема трубы с удлиненной холодной частью. [c.243] Таким образом, возбуждаемая системой частота колебаний в известном смысле определяется длиною и свойствами горячей части трубы, т. е. камеры сгорания. Сделанный вывод согласуется со всем имеющимся экспериментальным материалом. [c.243] Надо заметить, что этот вывод имеет большое практическое значение. Дело в том, что при исследовании камер сгорания возникает вопрос о возможности испытаний их изолированно от двигателя, путем присоединения к воздухопроводу, нередко имеющему очень большую длину. Казалось бы, при этом нарушается всякое подобие акустических условий работы и поэтому изучать на такой установке процессы вибрационного горения испытываемой камеры нельзя. Однако анализ явления, который был проведен выше, показывает, что это простое рассуждение является неточным и если камера сгорания склонна к неустойчивости (вибрационному горению), то эта неустойчивость проявится (причем в тех же формах, без изменения частоты колебаний и т. п.) и на установке с длинным входным воздухопроводом. [c.243] Вернуться к основной статье